【正文】 矩，以及定子電流等參數(shù)的輸出特性。本文以雙饋風機不平衡情況下的輸出特性為主要研究對象，對風力發(fā)電機主要模塊進行了建模仿真，分析了各種不平衡度下雙饋風機的輸出特性，得到了一些具有實際意義的成果。參考資料1. 鄧雅．不平衡電網電壓下雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)變流器控制策略研究。（ ）；（ ）；（ ）。題目類型（ √ ） （ ）題目來源科研課題（ ） 生產實際（ ）自選題目（ √ ） 主要內容設計內容：電網電壓平衡條件下，雙饋異步風力發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學模型和控制策略；建立電網電壓不平衡條件下雙饋異步風力發(fā)電機系統(tǒng)的模型；采用電網電壓不平衡條件下DFIG的數(shù)學模型，選取適當?shù)目刂颇繕?，設計基于PR諧振調節(jié)器不平衡控制策略；研究電網電壓不平衡度大小對雙饋風電機組輸出特性的影響。北京：北京交通大學2. J．B．Hu，Y．K．He．Modeling and enhanced control of DFIG under unbalanced grid voltage conditions．Electric Power Systems Research，2009，79：2732813. 相關國內外文獻周 次1—4周5—8周9—12周13—16周17—18周應完成的內容查閱相關文獻；建立風速模型和風力機模型；完成開題報告和文獻綜述。首先研究了風速和風力機的數(shù)學模型，分別研究了它們的輸出特性。最后，用對稱分量法研究了不平衡條件下，雙饋風機的數(shù)學模型，建立了正反轉同步旋轉坐標系中，分別由各自正，負序分量表示的DFIG電壓，和磁鏈方程。 dq coordinatesI 目 錄摘要 IAbstract II第1章 緒論 1 課題背景 1 選題的依據(jù)和意義 1 研究不平衡電網下風力發(fā)電機特性的意義 1 國內外研究動態(tài) 2 變速恒頻風力發(fā)電的發(fā)展 2 不對稱電網下DFIG變流器的控制 3 研究的主要內容 5第2章 風速模型和風力機模型的建立 6 風速模型的建立 6 風力機模型的建立 8 本章小結 12第3章 雙饋風機的建模與輸出特性 13 雙饋風力發(fā)電機的運行原理 13 雙饋風力發(fā)電機的數(shù)學模型 14 不平衡度的計算方法 15 雙饋電機正常情況下的仿真 16 雙饋電機不平衡情況下的仿真 20 本章小結 24第4章 不平衡情況下雙饋風機的數(shù)學模型 26 對稱分量法 26 不平衡條件下雙饋風機的數(shù)學模型 28 與電網連接的雙饋風機不平衡情況下的仿真 31 本章小結 34結論 35參考文獻 37致謝 39附錄 40III第1章 緒論 第1章 緒論 課題背景 選題的依據(jù)和意義能源是人類經濟社會生活不可缺少的一部分，隨著社會的進步，全球能源需求量不斷的增加，而非可再生能源如煤、石油的儲量逐漸減少。全球風能儲量巨大，任何國家和地區(qū)都有分布，通過調查估算可以轉換為電能的風力資源約53萬億kWh每年，大約為20年后全球電力需求的兩倍[1]。目前DFIG風電機組的變速恒頻運行主要是通過對轉子側背靠背變流器采用dq軸解耦控制來實現(xiàn)的。當前文獻所研究的主要是在正常平衡電網電壓下的理論，對于不平衡電網電壓下研究的還比較少。電網電壓不平衡條件下，基于電網電壓平衡設計的電網側變流器的交流側包含負序分量，直流母線電壓出現(xiàn)波動，影響直流母線電容的壽命。變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)可按照捕獲最大風能的要求，在風速變化時實時調節(jié)風輪機的轉速，使風輪機在大部分情況下都能按照最佳效率運行，從而提高風力發(fā)電機組的運行效率，變速風力發(fā)電系統(tǒng)捕獲風能的能力比定速恒頻風力發(fā)電系多出28%[3]，并且減小了風輪機的機械應力。雙饋弄變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)可以提高風能捕獲能力和轉換效率，改善并優(yōu)化風力發(fā)電機組的運行條件，是一種優(yōu)化的具有良好應用前景的風力發(fā)電解決方案。2009年2月國家電網公司己頒布風電場接入電網技術新規(guī)定[5]，規(guī)定中明確強調電網電壓允許長時間存在最大不平衡度2%的小值穩(wěn)態(tài)不平衡情況，要求風電機組能夠承受一定程度的負序電流不脫網,還應能承受穩(wěn)態(tài)最大達2%的不平衡電壓而不跳閘,即風電場并網點的負序電壓不平衡度2%、短時4%的情況下,風電場中的風電機組應能持續(xù)不脫網正常運行[6]。其主要研究成如下：1. 針對電網電壓不對稱故障狀態(tài)下傳統(tǒng)控制策略的缺點，在增強型鎖相環(huán)的基礎上建立了DHG轉子側變流器的改進的控制策略，采用的是抑制轉子電流負序分量的方案，此控制策略可有效的減小轉子電流的諧波含量，電磁轉矩的脈動和電網功率的二次紋波[11]。3. 逆變器采用PI調節(jié)理論上能實現(xiàn)無靜差的輸出電壓控制[13]。通過 Matlab／Simulink對 PS．VS控制及 NS．VR控制的綜合控制仿真結果表明，該控 制策略實現(xiàn)了風電場電網電壓非對稱狀態(tài)下雙饋風力發(fā)電 系統(tǒng)并網條件的明顯提升[16]。然后，研究了電網電壓正常情況下，雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)的運行原理及其輸出特性。利用對稱分量的方法，建立了DFIG在正轉和反轉坐標系中分別由各自正，負序分量表示的DFIG電壓，和磁鏈方程，畫出了正反轉坐標系下DFIG的等效電路模型。根據(jù)以上三個式子建立simulink下的風速仿真模型，如圖21所示。從仿真圖上可以看到，這樣的風在一定程度上可以反應真實情況下的風速變化情況，其中包含時刻在波動的白噪聲，偶爾突然增大瞬間又減小的陣風，增大后能保持一段時間的階躍風，以及一直保持的基本風。由上式可見[17]，當發(fā)電機處于靜態(tài)運行時，風力機輸出的轉矩等于發(fā)電機電磁轉矩。由式(29)可見，當槳矩角恒定時，在不同風速的情況下，只需要控制風力機使其能保持在最佳的葉尖速比下運行，就可以確保風力機取得最佳功率系數(shù)，實現(xiàn)風能的最大捕獲功率。先假設風速與風輪機轉速成正比K，在仿真時調節(jié)K值，使葉尖速比與捕獲功率達到最大，通過查閱文獻[17]可知，當最佳葉尖速比為8時，捕獲功率最大，所以調K值，使仿真圖中代表葉尖速比的近于8即可。第3章 雙饋風機的建模與輸出特性 第3章 雙饋風機的建模與輸出特性 雙饋風力發(fā)電機的運行原理 雙饋異步風力發(fā)電機在結構上與繞線式異步電機相似，定子采用三相分布式繞組，轉子側也采用三相分布式交流繞組。由于定子側直接與電網連接，所以它的頻率不變，而轉子側受風速變化的影響。當發(fā)電機轉速變化時，可以通過控制電機轉子勵磁電流頻率，保證定子電流頻率恒定不變，實現(xiàn)變速恒頻發(fā)電。通過對正常情況下雙饋風力發(fā)電機分析，建立在同步旋轉坐標系(dq)下雙饋電機的數(shù)學模型，建立了雙饋風力發(fā)電機電壓方程，磁鏈方程，電磁轉矩方程和運動方程。為dq坐標系下轉子繞組等效為兩相繞組的自感，且。其中線電壓的基波有效值可以利用俌利葉變換模塊設定為電網電壓頻率取得。圖319 不平衡度為3%時定子電流波形圖320 不平衡度為10%時定子電流波形圖319和320表示了不平衡度為3%和10%時時定子電流的波形，從圖上可以看到不平衡度越大，電流畸變越大，這種電流在實際中會導致定子繞組發(fā)熱，影響電機壽命。 本章小結本章研究了電網電壓正常情況下，雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)的運行原理及其輸出特性。對于任意的三相電磁量，由對稱分量法得： (41)其中， (42) (43)式中，為電網電壓的角頻率；和分別表示為正序分量的初相位和幅值，和分別表示為負序分量的初相位和幅值，而下標“+”和“”分別表示正序和負序分量。利用式(414)對(411)式，分別進行正、反轉同步速旋轉的坐標變換，有 (417) (418)式中表示正轉同步旋轉坐標系中的正序分量，是直流量；表示正轉同步旋轉坐標中系的負序分量，是二倍頻的交流量；表示反轉同步旋轉坐標系中的負序分量，是直流量；表示反轉同步旋轉坐標系中的正序分量，是二倍頻的交流量。由式(415)和式(417)可求得正，反轉同步旋轉坐標系、中，以各自的正、負序分量表達的靜止坐標系中的定、轉子電流、電壓以及磁鏈方程 (521) (522) (523)其中,